Su mikro-drenaj sistemlerinin bitki kökleri örnek alınarak tasarlanması

Bitki köklerinin su ve mineral maddeleri almak için kullandıkları mekanizma yüz yıllardır araştırılmaktadır. Hâlâ yeni verilerin ortaya çıkıyor olması bitki köklerinin ne kadar eşsiz olduğunun bir kanıtıdır. Giderek artan su problemlerinin yeni geliştirilecek, doğadan ilham alan, kanıtlanmış, çözüm modellerine ihtiyacı vardır. Geçtiğimiz yıllarda birçok biyomimetik çalışma su toplama, suyu arıtma veya yeraltından su çıkarma modelleri gibi projelerde kullanılmıştır. Bu tez kapsamında yaşam alanlarına göre seçilen 10 bitkinin kök ve gövde anatomisi incelenmiştir. İncelenen bitkilerin kesitleri ışık mikroskobu ve SEM elektron mikroskobu ile tarandıktan sonra elde edilen datadan kapiller su taşınmasında kullanılmak üzere bir mikro drenaj malzemesi tasarlanmıştır. Önerilen tasarı Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) programında simüle edilmiştir. Tez kapsamında su bitkileri olan Nasturtium officinale (su teresi), Egeria densa (Elodea), Hydrocotyle leucocephala, Hygrophila corymbosa, Hygrophila polysperma; hava köklerini incelemek amacıyla epifit bir bitki olan Phalaenopsis cultivars (orkide); kurak ve yarı kurak bölge bitkileri olan Ferocactus glaucescens (kaktüs) ve Salvia officinalis (adaçayı); ilkel damarlı bitkiler olan Polypodium vulgare (benli eğrelti otu), ve Davallia denticulata (tavşan ayağı eğreltisi) incelenmiştir. Önerilen bu mikro boyuttaki su iletim modülünün tasarımında orkide köklerinde yer alan velamen radikum tabakasının gözenekliliğinden, kaktüs köklerinin kaspari şeritli endodermis tabakasının kalınlığından, eğreltilerin ve su bitkilerinin kapiller basıncı iyi yöneten ksilem anatomik özelliklerinden faydalanılmıştır. Malzemenin modellemesi ve akışkan dinağiminin hesaplanması ileri mühendislik programı olan ANSYS Fluent ile yapılmıştır. iv Hesaplamalar için tasarlanan katmanlı modül iki bölüm halinde ele alınmıştır. Önce suyun mikrofilrosyon yapılarak içeri alındığı porlu tabakadan suyun geçişi hesaplanamıştır. Daha sonra eldilen veriler suyun taşınmasında görevli olan ksilem benzeri kanalda akışkan dinamaği hesaplamak için kullanılmıştır. Yapılan simülasyona göre ksilem kanal geçitlerinin geometrik özellikleri suyun boru içine girerken meydana getirdiği türbülans kinetik enerjisini artırmıştır. Malzeme tasarımında önerilen biyobenzer kılcallığın muhtemelen kavitasyonu azaltması sebebiyle çıkışta akışkan hızının arttığı gözlenmiştir. Sonuç olarak bitki su taşıma sistemlerinden ilham alan bu çeşit bir su iletim malzemesinin mikro boyutta su transferi için enerji tasarrufu sağladığı söylenebilir.